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专栏:由三星手机爆炸想到新能源车电池安全问题

汤浅汽车蓄电池   2017-02-08 10:50:08

缪云渠简介:

1996留美,曾在通用与福特工作多年

曾长期担任底特律中华商会会长

2014年至今,任卡斯特铝精密铸铝美国分公司总经理

  新能源汽车日益普及,然而人们对于其安全性能却仍有很大疑虑。任何与之相关的严重伤人事故媒体上的“能进度”颇高。明星企业和市场热门车型出事后,往往被放到显微镜下分析。

  三星手机以小小的电池尚且爆炸得全球人心慌慌,新能源汽车公司使用比之大数百倍的车用电池如何在消除人们“里程焦虑”外,再应对“爆炸燃烧焦虑”,长路慢慢。

  开内燃机的新老司机们会不会也感到自己每天出门在易燃的“火药桶”后面呢?相信回答“是”的人比例应该非常低。可是据美国政府的官方数据统计,汽柴油类车着火年平均造成该国约200到2500起人员伤亡事故,汽车卡车的火灾高达每年10多万起 。当然,汽车着火的原因很多,有些不全是汽柴油外溢燃烧造成的。例如车内吸烟即是一种危险,这在1960年代后直接促成了汽车内饰件防火标准FMVSS的产生。

  汽车工业花了一个世纪来完善内燃机车内油缸、发动机、点火等的技术工艺,仍不能完全消除火害;我们对于新能源汽车着火事件,还是多一点宽容吧。

  由于电动车对里程数的要求,电池密度大,即其中电池内(如锂离子等)的排列空间被严重压缩。能量需要累积与释放,而且需要有序地被控制着进行。外力造成的突然迸发,如何管控有很多学问。

  特斯拉Model S在2013年有过一次的严重着火事件。究其原因,和其特殊的电池包排放位置及外层装甲有关。众所周知,特斯拉的整个电池系统有意摆放得非常低,位于汽车底部。这样,对于车辆本身驾驶时的稳定性很有好处,但是对于地面蹦起来的异物,却需要极高的抗冲击性。

  早几年的款式,特斯拉电池包外,还是有特意加装的一层铝保护板。相信特斯拉内部对电池包做过严格的穿透、人为控制性燃烧等试验。然而,此甲板厚度只有 6mm。 根据特斯拉自己承认的2013年电池包起火原因(原文:https://www.tesla.com/blog/model-s-fire),果然是被道路上的异物刺透了装甲。 这起2013年的着火事件,业界认为不一定是电池单元损坏后起火,更象是内部电路短路造成,即由于异物洞穿而造成了“热失控”而短路。

  美国公司NC State/Lattice Energy LLC特意计算了2013年车“火”时,特斯拉电池被刺透的力量。他们推导出地面异物高速射来,造成了约25吨的力量,钻出了一个76mm的洞;从而计算出那辆车的保护板,抗拉强度只有146 兆帕 。从老款特斯拉的装甲材料选用上看,6mm普通铝型材料加焊接,当然强度不够。该公司如果该保护层全上钢材,重量要超重3倍以上。相信重量与价格是当初选用简单铝板的原因。2013年之后,特斯拉因此在电池包底部加装了钛合金保护层,至少再没听说过地面异物造成的火灾了。

  除了部的电池装甲或托盘需要抵抗地面异物的高速冲击,加强保护外;电池组本身,电子控制单元,甚至电力电子都需要有足够坚硬并冲压性能优异的壳体。日产聆风电池壳体,其材料即为钢。钢的抗碰撞性与抗疲劳性能有优势,但是钢的延伸率较低,强度一旦增加,其冲压性能也会变差;铝合金与复合材料与之相比从性能、工艺、价格上各有利弊,没有的好坏。

  国内汽车厂正在积极研发利用自身具有优势的铝型材加摩擦焊的方式,来保护车用电池。其实,借鉴其他汽车结构安全件上成熟铝件的使用(例如铸铝转向节、控制臂等),利用低压与重力压铸等办法来实现在减重的同时,生产大壁厚的外层保护,亦不失为一种可靠选项。此类低压或砂铸铸造工艺能在满足足够强度的壁厚时,甚至能用砂芯或其他“植入”工艺来安排冷却管道。

  值得一提的是,不同汽车公司对于车用电池的冷却方式亦不相同,甚至同一家公司也变来变去,尚无定论。例如宝马代电动汽车,是基于Mini E开发出的气冷式35kWh电池组;然而到了第二代Active E 传动系时,宝马采用了水冷式来冷却其32kWh的电池组(3模64个电池单元,共192单元) 。2011年后的宝马 i3 Coupe再改为类似于冰箱制冷剂的气体冷却的方式,帮助其kWh电池组冷却(8模12个电池单元,共96单元)。

  随着这些技术的成熟,假以时日,相信人们对于新能源汽车的电池问题,会逐渐淡化。对于新能源汽车车载电池的安全问题来说,没有新闻,才是的新闻。

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